서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부 송영훈 교수팀이 '낮은 온도에 의한 억제와 원적색광에 의한 유도가 오전 중 FLOWERING LOCUST T 발현 수준을 결정하는 메커니즘'임을 규명했다.

식물은 빛과 주위 온도를 감지하여 적절한 시기에 개화함으로써 번식을 최대화한다. 그러나 지금까지의 개화시기 조절에 관한 연구를 위해 사용된 실험실의 장일조건(LDs)은 실제 자연의 장일조건(Natural LDs)과 비교했을 때, 크게 광질과 온도 측면에서 상이했다.

애기장대를 대상으로 한 실험에서, 실제로 두 조건에서 개화 유도 신호를 암호화하는 FLOWERING LOCUS T (FT) 유전자의 발현 양상이 다르게 나타남을 선행연구를 통해 확인했다. 특히 자연환경에서는 실험실 조건에서 보여주는 높은 수준의 오후 발현뿐만 아니라 오전에도 매우 높게 발현되고 있고, 그 결과 더 이른 개화시기 표현형을 유도하고 있음을 규명했다. 

하지만 분자적 수준에서 오전의 FT 발현 유도와 관련된 조절 메커니즘은 잘 밝혀져 있지 않았기에, 이를 규명하는 연구를 수행했다.

이 연구에서는 개화시기를 결정하는 핵심 환경요인(광질 및 온도 변화)을 활용해 자연과 유사한 조건을 생장실에서 구현함으로써 식물이 어떻게 환경변화를 인식해 개화시기를 조정할 수 있는지를 밝혔다.

연구팀은 애기장대의 청색광수용체인 ZEITLUPE (ZTL) 단백질이 낮은 온도에 반응해서 TARGET OF EATs (TOEs) 단백질과 복합체를 형성해 개화유전자인 FT의 발현을 오전 중에 억제한다는 것을 확인했다. 이는 봄과 같이 온도가 낮은 (개화에 적합하지 않은) 계절에 개화를 억제하는 메커니즘으로 작용될 수 있음을 의미한다.

또한 개화에 적합한 온화한 계절이 오면 태양광에 풍부하게 존재하는 원적색광이 광수용체인 phytochrome A를 활성화시켜 ZTL의 안정성을 낮추고, FT 유전자의 발현 촉진자인 GIGANTEA 단백질의 축적을 증가시킴으로써 ZTL의 기능을 억제하고 있음을 발견했다.

이러한 개화 억제와 촉진 메커니즘 사이의 균형 조절이 식물이 개화시기를 섬세하게 조절하는데 중요함을 제시했다. 대부분의 연구자들이 사용하는 단순화된 실험실 조건에서는 관찰하기 어려웠던 실제 자연환경에서의 개화시기 조절에 대한 이해의 폭을 넓히고 이와 함께 관련 연구가 더욱 활발히 이뤄질 수 있을 것으로 기대된다.


*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=44909
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